{"id":11571,"date":"2022-07-28T10:08:23","date_gmt":"2022-07-28T02:08:23","guid":{"rendered":"https:\/\/zetarmold.com\/?p=11571"},"modified":"2026-04-09T08:29:34","modified_gmt":"2026-04-09T00:29:34","slug":"microstampaggio-a-iniezione-2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/zetarmold.com\/it\/microstampaggio-a-iniezione-2\/","title":{"rendered":"Tutto quello che c'\u00e8 da sapere sullo stampaggio a microiniezione"},"content":{"rendered":"

I produttori di dispositivi medici, di elettronica e di biofarmaci hanno bisogno di nuovi micro-stampo a iniezione<\/a>ing<\/a> per realizzare microdispositivi pi\u00f9 piccoli e pi\u00f9 efficienti dal punto di vista dello spazio. I componenti stampati a microiniezione possono essere piccoli come un granello di polvere.<\/p>\n

Che cos'\u00e8 un componente stampato a microiniezione?<\/span><\/h2>\n

Many new advances in micro injection molding techniques have made possible the design and manufacture of micro molds that enable microinjection molding of thermoplastics, silicones, and metal powders.<\/p>\n

L'informatica ha facilitato lo sviluppo di microdispositivi medici e farmaceutici minimamente invasivi in tutto il mondo.<\/p>\n

This paper describes many of the major factors and challenges faced and solutions to the success of microdevice and component conventional injection molding.<\/p>\n

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Le sfide del microstampaggio<\/span><\/h2>\n

La maggior parte dei microprodotti inizia con un certo grado di sfida estrema. Di solito sono versioni ridimensionate di prodotti simili presenti sul mercato.<\/p>\n

I microcomponenti diventano sempre pi\u00f9 complessi perch\u00e9 vengono montati in arterie, pompe, cateteri o endoscopi minuscoli e delicati e possono avere al loro interno microcomponenti che devono funzionare.<\/p>\n

Spesso hanno geometrie difficili perch\u00e9 un tempo erano progettati come due o pi\u00f9 componenti, ma sono stati ridotti a un solo componente a causa delle pressioni sui costi, per evitare di doverli assemblare al microscopio.<\/p>\n

Questi dispositivi possono richiedere farmaci composti o aggiunti direttamente a polimeri, metalli o membrane e sono dotati di ingranaggi, leve e meccanismi di azionamento funzionanti per far s\u00ec che il dispositivo funzioni ripetutamente e abbia una durata affidabile.<\/p>\n

Considerando queste caratteristiche e il requisito che questi dispositivi possano essere impiantati direttamente nel corpo umano, \u00e8 importante sviluppare questi dispositivi in modo robusto e testarli bene per quanto riguarda la forma, l'adattamento e la funzione.<\/p>\n

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Analisi del flusso dello stampo a microiniezione<\/span><\/h2>\n

Poich\u00e9 i microstampi e i prototipi sono costosi nel loro ciclo di sviluppo, l'analisi di simulazione del flusso dei microstampi pu\u00f2 fornire una simulazione delle aspettative di riempimento in base a un progetto specifico.<\/p>\n

Quando si confrontano i pezzi stampati convenzionalmente e quelli microstampati, un'ipotesi molto comune \u00e8 che i micropezzi possano essere riempiti con lo stesso software e lo stesso approccio di modellazione.<\/p>\n

Ad esempio, un'analisi del flusso che coinvolge un tipico gate da 500 micron sarebbe molto diversa da un flusso simulato attraverso un gate da 75 micron.<\/p>\n

La differenza principale \u00e8 che, a parte una microgate, il passaggio attraverso un piccolo orifizio genera pi\u00f9 calore indotto dal taglio.<\/p>\n

Pertanto, la mesh del modello solido deve avere una risoluzione molto elevata per determinare ci\u00f2 che accade nelle aree del gate e della parete sottile.<\/p>\n

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Le maglie dei modelli solidi utilizzate nelle simulazioni di flusso degli stampi richiedono maglie di dimensioni di pochi micron, rispetto alle decine di micron delle parti.<\/p>\n

Le porte nei componenti microstampati devono essere dimensionate correttamente per evitare uno stress termico eccessivo sul materiale che entra nella cavit\u00e0.<\/p>\n

Per i materiali sensibili al calore, come i polimeri bioassorbibili e biofarmaceutici, \u00e8 importante comprendere la relazione tra il tempo di ritenzione del materiale nel cilindro, nell'ugello e nel canale caldo e il calore aggiuntivo che pu\u00f2 essere trasferito al materiale durante il processo di iniezione.<\/p>\n

A volte \u00e8 il materiale a guidare la scelta del processo, altre volte \u00e8 il processo a guidare la scelta del materiale.<\/p>\n

Alcuni materiali comunemente utilizzati per la microformatura sono PEEK, PLA, PGA, LSR, polietilene, polipropilene, policarbonato, LCP, PMMA, copolimeri olefinici ciclici (COC) e acciaio inossidabile (stampaggio a iniezione di metalli).<\/p>\n

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Stampi per microiniezione<\/span><\/h2>\n

Once the product design and material selection have been determined, it’s time to make the micro injection unit mold.<\/p>\n

Che il materiale sia termoplastico, siliconico o in polvere metallica, lo stampo \u00e8 il componente pi\u00f9 critico per il successo.<\/p>\n

Poich\u00e9 il prodotto e lo stampo sono cos\u00ec piccoli (come mostrato di seguito), anche le tolleranze delle dimensioni diventano pi\u00f9 piccole. Lo stampo deve comunque rispettare il 25% della tolleranza del pezzo per garantire una buona finestra di lavorazione.<\/p>\n

La tolleranza del prodotto \u00e8 di \u00b10,01 mm e la tolleranza dello stampo deve essere di \u00b10,003 mm per ottenere una buona finestra di processo.<\/p>\n

Tali tolleranze sono difficili da ottenere per il costruttore medio di stampi per due motivi principali.<\/p>\n

1. Non possono misurare \u00b10,003 mm e quindi non possono verificarli.<\/p>\n

2. Non hanno le attrezzature o le competenze necessarie per ottenere queste tolleranze.<\/p>\n

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Corridori per microstampaggio<\/span><\/h2>\n

Nelle operazioni di assemblaggio automatizzato, possono essere utilizzati come maniglie per tenere i pezzi in posizione, oppure possono essere aggiunti punti di posizionamento speciali al carrello per aiutarci a posizionare il pezzo nel nido di assemblaggio.<\/p>\n

Linea di separazione per microstampaggio<\/span><\/h2>\n

The parting line of a micro-injection mold is related to the size of the micro part. A difference of 10 microns on the parting line can easily disrupt the assembly of the product.<\/p>\n

Pendenza di rilascio dello stampo per microiniezione<\/span><\/h2>\n

Naturalmente, pi\u00f9 pendenze di rilascio ci sono, meglio \u00e8, ma la conicit\u00e0 pi\u00f9 piccola pu\u00f2 essere anche di 0,2 gradi. Una conicit\u00e0 di questo tipo pu\u00f2 essere problematica da gestire per i pezzi stampati a iniezione. Il posizionamento di un micropezzo su una conicit\u00e0 pu\u00f2 creare una superficie irregolare che pu\u00f2 interferire con l'assemblaggio.<\/p>\n

Posizione di gating della microiniezione<\/span><\/h2>\n

As with regular injection molds, the purpose of choosing a gate location for micro-injection molds is to ensure that a uniform flow of plastic is produced in the cavity.<\/p>\n

In caso contrario, i pezzi potrebbero non essere riempiti adeguatamente e danneggiare i perni di precisione e i componenti della cavit\u00e0 dello stampo.<\/p>\n

Residui di microstampaggio<\/span><\/h2>\n

La maggior parte dei pezzi microstampati utilizzer\u00e0 i gate per i bordi. In tal caso, devono essere rimossi dal gate in modo corretto per evitare problemi di materiali piccoli che causano danni alle arterie (dispositivi medici impiantati) o problemi di automazione e assemblaggio.<\/p>\n

Questi problemi possono essere risolti nella progettazione dello stampo inserendo una fossetta nello spessore della parete in modo che il residuo della porta sia progettato sotto la superficie della guida o della parte di accoppiamento nell'assemblaggio.<\/p>\n

Processo di microstampaggio Finitura superficiale<\/span><\/h2>\n

Spesso si trascura l'importanza della finitura superficiale del pezzo stampato per trattenere o guidare gli elementi in altri elementi durante l'assemblaggio.<\/p>\n

For example, some products require a rougher surface for better adhesion. A smooth surface may produce a series of problems when ejecting from the injection mold and requires a compromise.<\/p>\n

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Processo di microstampaggio<\/span><\/h2>\n

Poich\u00e9 l'accuratezza di prodotti stampati a microiniezione<\/a> \u00e8 spesso nell'ordine di diversi micron, ci sono diverse sfide per ottenere una buona ripetibilit\u00e0 dimensionale nei pezzi stampati a iniezione.<\/p>\n

Una cosa \u00e8 creare angoli e cavit\u00e0 ben definiti nell'acciaio dello stampo (con un raggio inferiore a 1 micron) e un'altra \u00e8 riempire questi piccoli spazi con il polimero.<\/p>\n

I microstampi richiedono un'adeguata ventilazione e talvolta l'uso di laminati molto sottili per ottenere una ventilazione e un riempimento delle cuspidi adeguati.<\/p>\n

Le pressioni di iniezione tipiche dei pezzi microformati variano da 30.000 a 50.000 psi, il che richiede un delicato gioco di equilibri per riempire alla pressione corretta senza danneggiare i minuscoli e sottilissimi perni dell'anima.<\/p>\n

I pezzi di dimensioni pari a un granello di polvere con pareti estremamente sottili (0,001-0,0015 pollici) richiedono un'estrema precisione di allineamento cavit\u00e0-core lungo la linea di divisione.<\/p>\n

\u00c8 probabile che si verifichino danni ai microperni se il polimero viene raffreddato in condizioni di non riempimento o se il pezzo viene riempito pi\u00f9 da un lato che dall'altro.<\/p>\n

Questa sfida pu\u00f2 essere superata riempiendo rapidamente in tempi brevi (tipicamente <0,1 sec) e ad alte pressioni.<\/p>\n

I microformatori devono essere in grado di iniettare quantit\u00e0 molto piccole di colla e di mantenere al minimo il tempo di ritenzione della plastica nel cilindro. Ci\u00f2 \u00e8 particolarmente importante per i polimeri bioriassorbibili (PLA, PGA) con un'elevata sensibilit\u00e0 al taglio e al calore.<\/p>\n

Per garantire la precisione necessaria a riempire, maneggiare, sformare, misurare e assemblare questi minuscoli dispositivi, sono necessari anche viti, ugelli e attrezzature ausiliarie specializzate.<\/p>\n

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Montaggio e manipolazione<\/span><\/h2>\n

L'assemblaggio di geometrie nel minor numero possibile di parti per il microassemblaggio \u00e8 uno sforzo di progettazione molto utile, poich\u00e9 raccoglierle, assemblarle in nidi e collegarle ad altre parti di materiali simili o diversi pu\u00f2 essere molto pi\u00f9 costoso che dedicare tempo in anticipo nella fase di progettazione.<\/p>\n

Microformazione secondaria<\/span><\/h2>\n

Il processo di iniezione di due materiali diversi in due stampi diversi in due posizioni diverse, o l'utilizzo di uno stampo rotante per iniettare due materiali diversi nella stessa posizione per ottenere una geometria e un materiale combinati.<\/p>\n

Ad esempio, se il pistone di una pompa richiede una guarnizione di tenuta o di silicone, \u00e8 pi\u00f9 facile modellare la guarnizione in una scanalatura dell'o-ring nello stesso stampo del pistone che inserire l'o-ring in un meccanismo di precisione, bloccarlo con le forbici e posizionarlo sul pistone.<\/p>\n

Saldatura laser<\/span><\/h2>\n

Se la geometria tridimensionale non pu\u00f2 essere combinata con la formatura secondaria e la resistenza del materiale lo consente, la saldatura laser \u00e8 un buon modo per unire parti in miniatura.<\/p>\n

L'energia e la densit\u00e0 di potenza del laser, controllate con precisione, possono essere utilizzate anche per pulire e spogliare selettivamente materiali come i fili metallici in modo rapido e non distruttivo.<\/p>\n

Saldatura a ultrasuoni<\/span><\/h2>\n

La saldatura a ultrasuoni pu\u00f2 anche unire efficacemente termoplastici e metalli compatibili. A causa dell'energia estremamente bassa richiesta per una saldatura forte, i micropezzi richiedono booster e generatori di ultrasuoni specializzati a bassa energia.<\/p>\n

Incollaggio con solvente<\/span><\/h2>\n

Questo metodo \u00e8 spesso utilizzato per unire microcomponenti in modo rapido e a basso investimento. Il solvente scelto deve essere compatibile con il materiale da incollare, soprattutto se il componente viene utilizzato per applicazioni implantari.<\/p>\n

L'uso dell'incollaggio con solvente per accelerare il processo di assemblaggio ad alto volume \u00e8 difficile perch\u00e9 il metodo non \u00e8 facilmente automatizzabile e riproducibile, ed \u00e8 difficile da convalidare nella gamma di volumi elevati.<\/p>\n

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Rivincita<\/span><\/h2>\n

La micro-rivettatura \u00e8 un metodo molto economico per unire parti in polimero e metallo. Ad esempio, nei contenitori delle batterie, la crimpatura o il bloccaggio \u00e8 una pratica molto comune che produce una buona tenuta e impedisce la fuoriuscita di liquidi corrosivi dal contenitore della batteria.<\/p>\n

Stampi progressivi poco costosi per consentire un metodo moderatamente veloce di rivettare insieme polimeri e metalli \"piegando\" un materiale sotto pressione in un altro. La variazione del materiale da lotto a lotto pu\u00f2 essere uno svantaggio di questo metodo.<\/p>\n

Test<\/span><\/h2>\n

Un aspetto importante dei sistemi di microassemblaggio automatizzati \u00e8 rappresentato dai test, come la conducibilit\u00e0 elettrica, il decadimento delle perdite o della pressione e la resistenza allo scoppio. Alcuni di questi test sono distruttivi e altri non distruttivi.<\/p>\n

Il modo migliore per determinare se l'assemblaggio o il sottoassemblaggio finale funziona correttamente \u00e8 mantenere il controllo del processo di produzione per ogni componente che compone l'assemblaggio.<\/p>\n

La verifica statistica di ciascun componente e la riconvalida dell'assemblaggio eviteranno costose prove e ispezioni successive nella cella automatizzata;<\/p>\n

Tuttavia, a volte questi problemi possono essere inevitabili, soprattutto nelle applicazioni di farmaci impiantabili e critici.<\/p>\n

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Misura di prova<\/span><\/h2>\n

Tutti abbiamo sentito dire che \"se non si pu\u00f2 misurare, non si pu\u00f2 produrre\". Nei dispositivi medici e farmaceutici, i componenti critici possono essere una questione di vita o di morte, il che significa anche \"se non si pu\u00f2 verificare, non si pu\u00f2 produrre\".<\/p>\n

Se i componenti sono prodotti in modo coerente e verificato, allora il commercio microstampaggio a iniezione<\/a> dovrebbe essere evitabile. Ma raramente \u00e8 possibile garantire 100%.<\/p>\n

Esistono molti modi e strumenti per ispezionare i pezzi e gli assemblaggi in plastica microfilmati. Alcuni possono essere ispezionati con una telecamera ad alta risoluzione per verificare le caratteristiche del prodotto o la finitura superficiale.<\/p>\n

Alcuni richiedono la scansione laser 3D per verificare alcune dimensioni critiche. Altri ancora richiedono una telecamera ad alta velocit\u00e0 per verificare se la polvere o il polimero a cristalli liquidi sono stati dosati correttamente.<\/p>\n

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